法线科普四：法线图的故障排除

Hello，大家好，今天给大家带来法线科普四：法线图的故障排除，我是麦狗。这是法线系列的第四部分，但它与其他部分是独立的，可以作为一个独立的部分来看。

之前的三篇链接：

 法线科普一：什么是法线贴图？

 法线科普二：烘焙法线贴图

 法线科普三：法线类型的总结

下面是我遇到过的法线图问题的汇编，以及我知道的一些解决方法。

一、在我的模型边缘有“接缝”

当你的UV中的连接面被一个硬边隔开时，就会发生这种情况。每个面都会争先恐后地修改边缘的像素的颜色，大多数时候会有一个接缝，当它影响到我们模型的法线时就会非常明显，产生这些奇怪的线条。

解决办法：如果你分割UV岛，使它们在UV空间中不再相连，每个岛的颜色将保持分离，因为它们不再争夺UV空间。

经验法则非常简单：只要你的模型上有一条硬边，就在你的UV中分离出由它连接的面。

二、我的法线图看起来非常不对，尤其从某些角度看

这个问题的出现有多种原因，让我们来讨论其中一些原因。

1.你正在使用错误的切线空间。我们试图用法线贴图来弯曲你低模上的法线，在烘焙程序中的计算方式可能与你用来渲染模型的程序不同。如果这些计算方式不同，你的法线贴图可能看起来非常奇怪，特别是从某些角度看。

另外，你有可能把世界空间法线贴图当作切线空间法线贴图使用。在这种情况下，请确保你正在烘烤一个切线空间法线贴图，并以此来使用它。

解决方案：

1.总是尝试使用Mikk切线空间基础来计算你的法线图。这是一种标准化的法线计算方式，是为了避免这类问题而制定的。如果你的法线图烘焙程序不能使用Mikk，请尝试使用一个程序，如handplane，在一个切线空间和另一个切线空间之间切换。

2.你在你的法线图上使用了伽马校正：法线图不是带有颜色信息的常规图像。它们携带表面法线信息，并不像彩色图像那样表现。伽马校正是对图像颜色的一种调整，它可以以不需要的方式改变法线图的颜色。要消除您的法线图中的伽马校正，请将您的法线图的颜色空间改为线性/线性颜色/raw，或者在虚幻引擎中取消勾选sRGB选项。

3.你没有把切线空间法线贴图作为切线空间法线贴图使用：确保你的引擎没有把你的切线空间法线贴图作为物体空间法线贴图、凹凸贴图、位移贴图等。

4.你的低模法线在烘焙程序中与你的渲染程序中的低模法线不同：如果你在导出/导入过程中丢失了平滑组/硬边信息，如果你使用的是自定义/加权法线，而你的渲染程序不支持或丢弃了这些信息，就会发生这种情况。

在这种情况下，比较两个应用程序中的低模，如果它们看起来不一样，试着改变导入/导出设置，调整你使用的文件格式（obj文件失去法线信息）和你的程序与自定义法线的兼容性。

三、如何制作一个尖锥体的法线图？

解决方案：你...不需要。你不需要对所有东西都使用法线贴图。尖锥体是一个典型的例子，但还有许多其他地方不需要法线贴图。

我们使用法线图来改变我们的低模法线的法线方向。有时候，我们的法线的方向是完全正确的，不需要任何调整。其他时候，我们的低模的法线是非常弯曲的（比如在尖峰的情况下），高模的细节不能与低模的表面正确对齐。在这些情况下，我只需用这个颜色擦除法线图的细节。

这种颜色是50%的红色、50%的绿色和100%的蓝色，不会改变切线空间法线图的法线方向，所以你可以用它来擦除投影效果不好的细节。

尖锥只是一个例子，说明法线贴图可能无法解决你的问题。重要的是，我们要记住，在有些情况下，法线贴图并不是最好的解决方案，它们是有限的，我们不能期望它们在每一种情况下都能做到我们所需要的。有时候，我们花了很多时间试图让法线贴图发挥作用，而我们可以直接将细节添加到漫反射贴图或低模上，而不依赖法线贴图来解决这个具体细节。

四、我的模型上的细节看起来是颠倒的

这是一个非常普遍的问题，在很多视频游戏中都可以看到，甚至是AAA级游戏。

正如我们在本教程中所看到的，法线贴图是使用纹理的绿色、红色和蓝色通道来改变当光线从我们模型的侧面、顶部和前面射来时的反射情况（请记住这是一个简化的解释，并不是100%准确）。

问题是，有些应用程序认为绿色通道应该显示模型从下面照亮，而有些应用程序认为它应该显示模型从上面照亮。这有时被称为 "法线图的右侧性"。

OpenGL apps（右手，正绿色通道）：Blender, Maya, Modo, Toolbag, Unity.

DirectX apps（左手，负绿色通道）：3DStudio Max, CryEngine, Source Engine, Unreal Engine.

Substance Painter可以处理这两种类型的法线贴图，并输出这两种类型的法线贴图。

解决方案：反转你的法线图的绿色通道。大多数游戏引擎在纹理中都有反转法线图的选项，或者你可以在Photoshop中手动反转纹理的绿色通道（导航到通道标签，选择绿色通道并按Ctrl+i）。

五、有些部分看起来很平，或者缺少一些细节

当烘焙法线贴图时，想象一下烘焙程序从你的低模表面按照你的低模法线投射射线，直到射线碰到高模并发生弯曲。然后，烘焙程序将这些信息存储到法线贴图中。

这些已经投射出去的光线不能永远地走下去，因为它们可能会撞到你的高模的很远的地方，然后错误地弯曲，所以烘焙程序限制了这些光线的投射距离，有时，这些光线甚至在撞到高模之前就已经停止了。在这种情况下，我们就会失去细节，我们的法线图就会有平坦的颜色区域。

解决方案：我们必须控制烘焙距离。

1.有些程序只会寻找你的低模外面的细节，而忽略你的低模 "里面 "的东西（尽管大多数现代烘焙师会从两个方向寻找）。在这种情况下，调整你的模型，使低模完全适合你的高模内部。

2.其他程序，如Max会使用一个包裹器cage，一个你可以修改的低模的 "挤压 "版本，以精确控制烘焙过程的极限。

3.其他程序让你用一个数字来设置烘烤距离（Substance Painter中的最大正面和背面距离）。

你也可以尝试让低模和/或高模更加相似，这样射线就可以在你的模型中到处获得细节。另一个选择是使用不同的cage距离烘烤两个法线贴图，并将它们混合在你的纹理的不同部分。不过，一些法线贴图纯粹主义者可能会对你大喊大叫。

六、我的法线图有扭曲的细节

这是一个非常常见的问题。它发生在我们的低模法线与高模细节不能正确对齐时，所以它们看起来是弯曲的（实际上，如果你从顶点法线方向看，它们是完全对齐的），这通常是因为你有一些面形成一个极端的角度。

解决办法：

1.通过增加一个斜面来软化你的极端角度。

2.将你的极端角度的边缘转换成硬边缘/将面分割成不同的平滑组。

3.使用自定义法线/使用加权法线。

七、我的法线图看起来有像素化或有带子

Earthquake（又称法线图之神）在这里对这个问题写了一个非常好的解释。

如果你的低模和高模非常相似，你的大部分法线图都会有基本的法线图颜色，在你的低模和高模不同的地方会有不同的颜色。

如果我们有相反的情况，你的低模和高模有很大的不同，法线图将有更多的颜色种类，渐变将开始出现。

这些软梯度很麻烦，因为我们需要大量的颜色来表示它们，而压缩纹理的最常见方法是基于减少颜色的总数。

解决方案：

1.让你的低模与高模更相似：这样一来，法线贴图要做的工作就少了，而且它看起来会与第一张图片更相似，避免了这些大而软的渐变。修改你的低模的法线，使它们与高模更好地对齐，也会有帮助。

2.使用16位法线贴图：默认情况下，大多数图像使用8位颜色深度。这意味着你的纹理的每个颜色通道可以使用0到1之间的8个不同的值。当你考虑所有3个颜色通道时，这给我们提供了256种可能的颜色。

当我们有软梯度时，我们可能会在我们的模型中看到带子，因为图像没有足够的颜色来表示如此小的颜色变化。

16位图像可以为每个通道使用16个不同的值，这意味着有多达65536种可能的颜色。这意味着软梯度的范围要大得多。请注意，16位图像的尺寸比8位大（因为它们携带更多信息）。另外，有时16位图像有alpha通道，被称为24位图像。

也有bit深度更高的图像，但它们不用于法线图，因为16 bit已经足够了。

使用抖动dithering。我们的纹理中缺乏色彩是一个已经存在了几十年的问题，几十年前出现的一个解决方案是使用抖动dithering：这个想法是，我们在纹理中交替使用像素来表示梯度，当你放大图像时，它的效果很好。你通常可以在导出纹理的时候激活它。

确保你的法线图被正确地压缩了：当纹理被压缩时，计算机采取类似颜色的区域，并合并它们来创造一个颜色的 "补丁"，减少你的图像中的颜色数量。这对普通图像来说通常是好的，但对法线图来说却很糟糕：不仅破坏了你的梯度，还可能合并你的颜色通道中的信息。有一些专门为法线图设计的压缩算法。确保你的游戏引擎将图像解释为法线贴图（通常在你的纹理资产中选择一个选项将其标记为法线贴图），压缩设置将被自动配置。

八、在我的模型的某些部分有一些可见的像素

显而易见的解决方案是为你的模型的那一部分增加UV岛的大小，或者使用更大的纹理，但让我们看看一些不太明显的解决方案。

以双倍的最终法线贴图分辨率进行烘焙，然后缩小图像的大小：如果你使用的是512x512的纹理，以1024x1024的分辨率烘焙你的法线贴图，然后将图像转换成512x512。这样，你最终纹理的每个像素将从4个像素中获取信息，形成一种 "抗锯齿 "并减少像素化。这对其他烘焙过的图像也是如此，而且你还会保留一个高分辨率的纹理版本，以备以后需要增加某些区域的细节。

注意到在这张图片中，法线图的分辨率是一样的，但是我们用1024分辨率烘焙出来的法线图看起来更加圆润，和高模的法线图相似，因为它在还原过程中储存了一些额外的信息。

注意：在减少你的法线图的大小时，确保你使用Bilinear重采样选项，因为其他重采样选项可能会以意想不到的方式改变你的法线图。

你可以把你的UV岛堆叠在一起，这样他们就可以在你的模型的不同部分使用相同的法线图信息。只要确保你把模型的一边移到UV空间之外的一个单元，这样烘焙程序就不会试图同时从两边获取细节。你可以更进一步，对一些细节使用修饰纹理或贴花，以优化你的纹理使用。

纹理使用像素网格，而像素是方形的。如果你有一些细节形成了一条线，试着将这条线垂直或水平地对齐。这样一来，像素网格和你的纹理细节就会对齐。

九、我的模型是对称的，但法线图看起来是不对称的

当对你的模型应用对称性时，法线方向可能会改变，因为面的连接方式已经改变。有时，这意味着你可以在模型的中心看到一条缝。为了避免这种情况，请确保你的低模法线在中心位置是对齐的，并在需要时调整平滑。

另一个可能的原因是三角测量：当把模型导入游戏引擎时，它们总是被三角测量，有时，这个过程会改变低模法线，在低模面的对角线上会出现一些伪影。为了避免这种情况，在烘焙前对模型进行三角测量，烘焙法线贴图，然后应用对称性修改器。

最后，希望以上的解决方式能对大家产生帮助。

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来源：Thepoly公众号